Метод электронного баланса

Данный метод подсчета отданных и принятых электронов проводят в соответствии со значениями степеней окисления атомов до и после реакции. При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций нужно пользоваться следующими правилами:

• 1. Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции; найти атомы элементов, которые изменяют степени окисления; определить, кто из них является окислителем, а кто — восстановителем.
• 2. Составить схемы процессов окисления и восстановления в виде электронных уравнений.
• 3. Уравнять число отданных и принятых электронов и составить уравнение электронного баланса с учетом найденных дополнительных множителей.
• 4. Перенести выявленные коэффициенты в схему уравнения.
• 5. Для соединений, не участвующих в переходе электронов, нахождение коэффициентов провести, сопоставляя число атомов в левой и правой частях уравнения.
• 6. Проверить правильность расстановки коэффициентов, подсчитав число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Пример 1. Окисление алюминия кислородом протекает по схеме:

Al + O₂ > Al₂O₃

Степени окисления изменяют атомы алюминия и кислорода:

Al^о + O₂^о > Al₂³⁺ O₃^2-

Алюминий повышает степень окисления, следовательно, проявляет восстановительные свойства. Кислород понижает степень окисления, значит, выступает в роли окислителя. Составляем электронные уравнения процесса окисления алюминия и процесса восстановления кислорода:

Al^о — 3e- = Al³⁺ (процесс окисления).

O₂^о + 4e- = 2O^2- (восстановление).

Электронный обмен является эквивалентным, поэтому определяем наименьшее общее кратное число перемещаемых электронов; в данном случае оно равно 12. Находим дополнительные множители для отданных и принятых электронов, поделив 12 на 3 и на 4, соответственно.

Al^о — 3e- = Al³⁺ ¦4.

O₂^о + 4e- = 2O^2-¦ 3.

Найденные множители являются коэффициентами перед формулами восстановителя и окислителя в левой части уравнения:

4Al + 3O₂ > 4 Al³⁺ + 6O^2-

Эти же коэффициенты должны отражать число соответствующих атомов в продуктах окисления и восстановления в правой части уравнения. В нашем случае: число атомов алюминия со степенью окисления (+3) равно 4 (т.к.2Ч2= 4). Число атомов кислорода в правой части уравнения равно 6 (т.к. 2Ч3 = 6).

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Пример 2. При сливании растворов иодида калия и хлорида железа (III) реакция протекает по следующей схеме: KI + FeCl₃ > I₂ + FeCl₂ + KCl.

Определяем степени окисления атомов, которые изменяются при прохождении реакции, подчеркнем эти атомы; затем находим восстановитель и окислитель:

KIЇ + Fe3+Cl3 > I2о+ Fe2+Cl2 + KCl.

У подчеркнутых элементов изменились степени окисления: иодид-ион является восстановителем, катион железа (III) — окислителем. Составляем электронные уравнения процесса окисления и процесса восстановления:

2I^Ї — 2e- = I₂^о (процесс окисления).

Fe³⁺ + e- = Fe²⁺ (восстановление).

Находим наименьшее общее кратное число перемещаемых электронов и дополнительные множители для процессов окисления и восстановления.

2I^Ї — 2e- = I₂^о ¦1.

Fe³⁺ + e- = Fe²⁺ ¦2.

Складывая почленно, с учетом найденных множителей, получим:

2I^Ї + 2Fe³⁺ = I₂^о + 2Fe²⁺

Переносим найденные коэффициенты в схему уравнения:

2KI + 2FeCl₃ > I₂ + 2FeCl₂ + KCl.

Осталось уравнять число атомов калия в левой и правой части уравнения:

2KI + 2FeCl₃ > I₂ + 2FeCl₂ + 2KCl.

Чаще всего окислительно-восстановительные реакции имеют более сложный характер и расстановка коэффициентов в таких уравнениях представляют сложную задачу. Естественно, если окислительно-восстановительная реакция протекает в неводной среде или в водном растворе, но без участия молекул воды и ее составляющих, то расставлять коэффициенты в таких уравнениях нужно методом электронного баланса.

Чтобы правильно составить уравнение окислительно-восстановительной реакции нужно знать свойства взаимодействующих веществ и на этой основе предугадать продукты, которые могут образоваться в тех или иных условиях. Очень часто в процессах, протекающих в водных растворах, бывают задействованы молекулы воды, ионы водорода или гидроксильные ионы. В этом случае нужно пользоваться методом электронно-ионного баланса (методом полуреакций).